高温超导材料的研究进展

高温超导材料的研究进展目录研究背景高温超导材料的简介高温超导材料的制备超导材料的最新进展高温超导材料的应用和发展前景研究背景1911年，荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯(KarnerlnghOnns)首次在4．2K时发现水银零电阻现象即超导现象。他于1913获得诺贝尔奖。柏诺兹(Bednorz)和缪勒(Miiller)于1986年发现超导转变温度在3OK温区的高温铜氧化物超导体，为进一步发现在液氮温区值的高温超导体开辟了道路。他们于1987年获诺贝尔奖。钇系YBCO(YBa2Cu3O7-x)和铋系BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。超导材料的研究在当今与纳米科技相结合走入一个全新的时代。我国在中长期科技规划中把高温超导材料列为重点发展的前沿课题（2006-2020）。高温超导材料的简介超导材料的基本物理特征：零电阻现象完全抗磁性（迈斯纳效应）超导态并非仅取决于温度(临界电流和临界磁场)普通导体超导体超导材料的分类：常规超导体(如Nb-Ti合金)高温超导体(如YBa2Cu3O7-x)非晶超导材料复合超导材料(如超导线带材料)重费米子超导体(如CeCu2Si2)有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物)超导材料高温超导材料的简介高温超导材料的简介BCS超导理论:（美国科学家巴丁、库柏和施里弗提出）库柏对1电子通过声子作为媒介产生相互吸引作用并逐渐超过库仑斥力，相成束缚对即库柏对。2在超导基态各个电子的动量可以不同，但是每个库柏对却集中在零动量上。2002年，诺贝尔奖得主Laughlin提出Gossamer超导理论。德国马克斯·普朗克协会和普林斯顿大学1999年4月宣布，通过中子散射实验，揭示了高温超导金属氧化物电子自旋对的特殊行为。高温超导材料的结构特征:层状钙钛结构组元导电层（铜氧层）Cu-O6八面体Cu-O5四方锥Cu-O4平面四边形载流子库层孔穴型电子型调节载流子浓度提供耦合机制高温超导材料的简介钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7-x)超导体高温超导材料的例子1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc90K,超导转变温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体Bi2Sr2Can-1CunO2n+4n=12201相n=22212相n=32223相n=42234相Cu-O层Bi2O2层钙钛矿层高温超导材料的例子Tc100K;Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了125K;Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K,高压下Tc达到了164K。---MichaelVershinin,ShashankMisra,etal.Science,303,1995(2004).高温超导材料的例子----ElbioDagotto.Science,293,2410(2001).铜氧化物和C60超导材料Y系高温氧化物超导体的制备高温超导材料的制备原料(氧化物或碳酸物)混合化学剂量比烧结氧化处理熔融织构工艺克服大角晶界块材带材离子束辅助沉淀工艺轧制辅助双轴织构衬底工艺薄膜磁控溅射法激光沉淀法高温超导材料的制备Bi系高温氧化物超导带材的制备:原材料(氧化物或碳酸物)混合化学剂量比煅烧研磨粉末充管拉拔Ag管轧制热处理压制/轧制热处理重复高温超导材料制备所面临的问题：高温超导材料的制备材料制造成本高,价格昂贵。在长距离超导线材的制造上面仍然有很大的难度。（氧化物高温超导陶瓷材料各向异性和短的电子相干长度以及大量晶界的存在严重影响线材的超导电性。）高温超导材料临界电流和临界磁场的提高仍是科学家研究的难题。-----RobertF.Serverce.Science,295,786(2002).高温超导材料的制备-----I.Chong,Z.Hiroi,*M.Izumi,J.Shimoyama,etal.Science,276,770(1997).Pb搀杂提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的临界电流密度----MaciekZgirski,Karri-PekkaRiikonen,etal.Nanoletters,5,6(2005)超导材料的最新进展纳米尺度对超导电性的制约作用超导材料的最新进展YangGuo,Yan-FengZhang,Xin-YuBao,etal.Science,306,1915(2004).量子尺寸效应对超导临界温度的调制作用AtomiclayersupercurrentsiPbS.Kang,A.Goyal,J.Li,A.A.Gapud,etal.Science,311,1911(2006).纳米材料和超导材料的结合超导材料的最新进展超导材料的最新进展---RobertF.Serverce.Science,295,786(2002).2001年1月日本东京青山学院的教授Junkimitsu宣布了这一发现。MgB2的临界超导温度Tc=40k.二硼化镁超导材料的新发现发展前景节省大量资金缓解环境污染超导电缆、超导发电机、超导电缆预测低电力低能耗灵敏度度高钇钡铜超导薄膜-----应用于谐振器、滤波器、天线等有源器件商品化低电力低能耗钇钡铜超导超导块材-用于磁悬浮、储能飞轮等方面即将实业化预计在2020年左右会形成1500-2000亿美元的超导市场，其中高温超导占一半SeminarI